Análisis cuantitativo del ruido en sistemas de modulación analógicos AM y FM

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(1)UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN. TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN TELEINFORMÁTICA. ÁREA TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES. TEMA “ANÁLISIS CUANTITATIVO DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN ANALÓGICOS AM Y FM” AUTOR PELCHOR ESPINOZA VICTOR ALFREDO. DIRECTOR DEL TRABAJO ING. TELEC. ORTÍZ MOSQUERA NEISER STALIN, MG.. 2018 GUAYAQUIL-ECUADOR.

(2) ii. DECLARACIÓN DE AUTORÍA “La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación, me corresponde exclusivamente; y el Patrimonio Intelectual del mismo a la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil”. PELCHOR ESPINOZA VICTOR ALFREDO C.C 0929224863.

(3) iii. DEDICATORIA. A mis Padres, por darme el apoyo y la oportunidad de seguir con mis estudios, por inculcarme valores, principios y brindarme lo mejor que han tenido. Por enseñarme que la mejor herencia que me pudieron dar en esta vida es una buena educación. A mi Hermana, ya que ella es una de las personas que me motivan a ser una persona de bien debido a que ven en mí un ejemplo a seguir.. A mi Abuela Paterna, por darme sus mejores consejos y compartirme su sabiduría, por demostrarme que lo más bello que tenemos en la vida es nuestra familia y que a un hombre no lo hacen los títulos académicos si no su calidad como ser humano.. A mi familia en general por brindarme su amor, cariño, confianza y afecto, por darme esta linda responsabilidad de llevar mi apellido a lo más alto posible y darles la alegría y felicidad de verme cumpliendo mis metas y sueños..

(4) iv. AGRADECIMIENTO. Agradezco,. A mi Madre Sonia Espinoza por brindarme todo su apoyo moral y por algunos momentos también apoyo económico, por su infinito amor, educación y sobre todo su confianza en mí desde el momento que decidí seguir una carrera universitaria. A mi Padre Jesús Pelchor por sus enseñanzas y ejemplos de vida, por ser más que mi Padre ser como un Amigo en el cual puedo confiar, por su apoyo moral y económico, por guiarme por el buen camino y educarme como un hombre de bien. A mis Abuelos, Tíos, Primos, por darme su infinita confianza y también brindarme su apoyo para seguir mi carrera universitaria. A mi director y tutor de trabajo, Ingeniero Neiser Ortíz Mosquera por confiar en mi trabajo y ayudarme con su experiencia y conocimientos dentro del aula y ahora apoyarme el desarrollo de mi tesis de grado. A todos ellos solo les digo ¡GRACIAS TOTALES!.

(5) v. INDICE GENERAL. N°. Descripción. Pág.. INTRODUCCIÓN. 1. CAPITULO I EL PROBLEMA. N°. Descripción. Pág.. 1.1.. Planteamiento del Problema. 2. 1.1.1.. Formulación del Problema. 3. 1.1.2.. Sistematización del Problema. 4. 1.2.. Objetivos Generales y Específicos. 4. 1.2.1.. Objetivos Generales. 4. 1.2.2.. Objetivos Específicos. 4. 1.3.. Justificación e Importancia. 5. 1.4.. Delimitaciones. 6. 1.5.. Hipótesis. 7. 1.5.1.. Hipótesis General. 7. 1.5.2.. Hipótesis Particulares. 8. 1.5.3.. Variable Independiente. 8. 1.5.4.. Variable Dependiente. 8. 1.5.5.. Variables Empíricas de la Variable Independiente. 8. 1.5.6.. Tipo de Estudio. 9. 1.6.. Operacionalización. 10.

(6) vi. CAPITULO II MARCO TEÓRICO. N°. Descripción. Pág.. 2.1.. Antecedentes. 12. 2.2.. Marco Conceptual. 15. 2.2.1. NI ELVIS II+. 15. 2.2.1.1.. Información General de la Serie NI ELVIS II+. 16. 2.2.1.2.. Componentes del Hardware NI ELVIS II+. 17. 2.2.1.3.. NI ELVISmx Software. 19. 2.2.1.4.. NI ELVISmx Instrument Launcher. 20. 2.2.1.5.. Generador de funciones (FGEN). 21. 2.2.1.6.. Generador de Onda Arbitraria (ARB). 22. 2.2.2.. Tarjeta de Adquisición de Datos. 22. 2.2.2.1.. Arduino UNO. 23. 2.2.2.2.. Arduino Mega 2560. 24. 2.2.3.. Simulink. 26. 2.2.3.1.. Soporte de Arduino para Matlab. 27. 2.2.3.2.. Soporte de Arduino para Simulink. 28. 2.2.4.. Analog Input. 31. 2.2.5.. Data Type Conversion. 31. 2.2.6.. Error Rate Calculation. 33. 2.2.7.. Circuito Integrado LM 318. 34. 2.2.8.. Circuito Integrado LM 741. 36. 2.3.. Marco Legal. 38.

(7) vii. CAPITULO III METODOLOGÍA. N°. Descripción. Pág.. 3.1.. Descripción del Proceso Metodológico. 42. 3.1.1. Modalidad de la Investigación. 42. 3.2.. Tipo y Diseño de la Investigación. 43. 3.2.1.. Metodología Bibliográfica. 43. 3.2.2.. Metodología Experimental. 43. 3.2.3.. Metodología Descriptiva. 44. 3.3.. Población y muestra. 45. 3.3.1.. Selección de la Muestra. 45. CAPITULO IV DESARROLLO DE LA PROPUESTA. N°. Descripción. 4.1.. Desarrollo. 47. 4.2.. Implementación de las Guías Prácticas de. 48. 4.2.1.. Demodulacion AM no Coherente. 48. 4.2.2.. Señal Modulada AM con Ruido Gaussiano. 52. 4.2.3.. Relacion Señal - Ruido. 55. 4.2.4.. Implementación del Ruido Gaussiano al Sistema Modulador AM en el Generador de Onda Arbitraria. 4.2.5.. Pág.. 62. Simulación del Sistema Demodulador AM no Coherente en NI Multisim. *62. 4.2.6.. Demodulación FM no Coherente. 65. 4.2.7.. Señal Modulada FM con Ruido Gaussiano. 68. 4.2.8.. Implementación del Ruido Gaussiano al Sistema Modulador FM en el Generador de Onda Arbitraria. *73.

(8) viii. N°. Descripción. 4.2.9.. Simulación del Sistema Demodulador FM no Coherente en NI Multisim. 4.3.. Resultados Obtenidos en las Prácticas Realizadas. 4.3.1.. Resultados de la Implementación del Sistema Demodulador AM no coherente en el NI ELVIS II+. 4.3.2.. *74 75. *75. Resultados de la Implementación del Sistema Demodulador FM no Coherente en el NI ELVIS II+. 4.3.3.. Pág.. *78. Cuantificación del Ruido en los Sistema Analógicos Propuestos. *82. 4.4.. Seguimiento y Control de las Prácticas de Laboratorio. 87. 4.5.. Desarrollo de la Encuestas. 92. 4.5.1.. Tabulación Pre Encuesta. 93. 4.5.2.. Tabulación Post Encuesta. 108. 4.5.3.. Análisis de las Encuestas. 121. 4.6.. Análisis de las Hipótesis. 126. 4.6.. Conclusiones y Recomendaciones. 128. 4.6.1.. Conclusiones. 128. 4.7.2.. Recomendaciones. 129. N°. Descripción. Pág.. ANEXOS. 132. BIBLIOGRAFÍA. 173.

(9) ix. INDICE DE TABLAS. N°. Descripción. 1.. Operacionalización. 10. 2.. Familia de la Seria NI ELVIS. 16. 3.. Especificaciones Técnicas de la tarjeta Arduino UNO. 24. 4.. Especificaciones Técnicas de la tarjeta Arduino. 25. 5.. Versiones del Hardware Arduino Soportado por Simulink. 30. 6.. Funciones del Bloque Data Type Conversion. 32. 7.. Resultados Obtenidos en la Simulación del Sistema Demodulador AM en NI Multisim. 8.. *88. Monitoreo del Tiempo Grupo “1A” para la Implementación de la Cuantificación del Ruido AM. 16.. *87. Tiempo Estimado para la Implementación de la Guía de Laboratorio. 15.. *86. Implementación del Sistema Cuantificador del Ruido en FM. 14.. *82. Implementación del Sistema Cuantificador del Ruido en AM. 13.. *78. Comparación de Similitud de Ondas Resultantes para FM. 12.. *77. Resultados Obtenidos del Sistema Demodulador FM en NI ELVIS II+. 11.. *75. Comparación de Similitud de Ondas Resultantes para AM. 10.. *63. Resultados Obtenidos del Sistema Demodulador AM en NI ELVIS II+. 9.. Pág.. *90. Monitoreo del Tiempo Grupo “1B” para la Implementación de la Cuantificación del Ruido AM. *90.

(10) x. N°. Descripción. 17.. Monitoreo del Tiempo Grupo “2A” para la Implementación de la Cuantificación del Ruido FM. 18.. *91. Prácticas como Complemento de la Fundamentación Teórica. 22.. *91. Promedio del Tiempo de la Práctica de Cuantificación del Ruido en el Sistema Analógico FM. 21.. *91. Promedio del Tiempo de la Práctica de Cuantificación del Ruido en el Sistema Analógico AM. 20.. *90. Monitoreo del Tiempo Grupo “2B” para la Implementación de la Cuantificación del Ruido FM. 19.. Pág.. *93. Conocimientos Previos sobre las Herramientas de Laboratorio. *94. 23.. Enseñanza Teórica-Práctica para optimizar el Tiempo. 95. 24.. Fundamentación Teórica antes de las Prácticas. 96. 25.. Plataforma de Prototipos del NI ELVIS II+ como ayuda en las Prácticas. *98. 26.. Capacitación sobre el Uso del NI ELVIS II+. 27.. Conocimientos sobre la Herramienta Matlab&Simulink. 100. 28.. Conocimientos sobre el Uso de una Tarjeta DAQ. 101. 29.. Las Herramientas Existentes Permiten Reducir el Tiempo de Implementación de las Prácticas. 30.. *102. Uso de Herramientas de Simulación como Motivación en Clases. 31.. 99. *103. Grado de Capacitación para una Práctica de Modulación y Demodulación de un Sistema Analógico Según los Estudiantes. 32.. Grado de Capacitación para el Uso de una Tarjeta DAQ Según los Estudiantes. 33.. *104. *105. Grado de Capacitación sobre una Implementación de Cuantificación del Ruido Según los Estudiantes. *106.

(11) xi. N°. Descripción. 34.. Tiempo Necesario para la Implementación de un Proyecto según los Estudiantes. 35.. 38.. Complejidad de la Práctica de Laboratorio. 39.. Dificultades en el Manejo de las Herramientas para la Práctica de Laboratorio. Adecuación e Incorporación de Nuevos Laboratorios como Mejora en las Técnicas de Enseñanza y Aprendizaje. 47.. *115. *116. *117. Incorporación de Nuevas Áreas Especializadas para el Desarrollo Académico. 46.. *114. Aprovechamiento del Tiempo Destinado para la Ejecución de la Ejecución de la Práctica. 45.. *113. Aprovechamiento del Tiempo Mediante el Uso de una Metodología Práctica. 44.. *112. Similitud de los Resultados Prácticos con los Resultados Teóricos. 43.. 111. Dificultades de interacción entre la Tarjeta DAQ y Software Matlab&Simulink. 42.. *110. Dificultades de interacción entre la Tarjeta DAQ y el NI ELVIS II+. 41.. *109. Herramientas Necesarias para la Práctica de Cuantificación del Ruido en Sistemas Analógicos. 40.. *108. Fácil Utilización Técnica de las Herramientas de Laboratorio. 37.. *107. Prácticas de Laboratorio como Mejora en la Compresión de la Clase Teórica. 36.. Pág.. *118 119 *119. Uso de Diferentes Plataformas para el Desarrollo de Nuevas Técnicas de Investigación de la Ejecución de la Práctica. 48.. *120. Cuadro de Opiniones de las Preguntas 1,3,5 Acerca de la Metodología Teórica-Práctica. *122.

(12) xii. N°. Descripción. 49.. Cuadro de Opiniones de las Preguntas 1 y 5 sobre la Experiencia en el Laboratorio. 50.. Pág.. *123. Cuadro de Opiniones de las Preguntas 9 y 10 sobre el Tiempo Ejecutado y Mejora en la Compresión de la Clases al Implementar las Guía de Laboratorio. 51.. *124. Cuadro de Aprobación en General de los Estudiantes Ante la Práctica en los Laboratorios como Herramienta Pedagógica. *125. 52.. Tabla de Verdad para Conjunción y Condicional. 127. 53.. Validación de las Hipótesis. 127. 54.. Valores Obtenidos por las Variables e Indicadores. 128.

(13) xiii. INDICE DE FIGURAS. N°. Descripción. 1.. Estación de Laboratorio de Ingeniería NI ELVIS II. 16. 2.. Esquema de Conexión al NI ELVIS II+. 17. 3.. Descripción del Hardware de la Estación de Trabajo NI ELVIS II+. Pág.. *18. 4.. NI ELVISmx Instrument Launcher. 20. 5.. Ventana del Generador de Funciones. 21. 6.. Ventana del Generador de Onda Arbitraria. 22. 7.. Tarjeta Arduino Uno. 23. 8.. Tarjeta Arduino Mega 2560. 25. 9.. Sistema Basado en Modelos de Simulink. 26. 10.. Interacción del Hardware Arduino y Matlab&Simulink. 27. 11.. Librerías de Arduino en Simulink. 30. 12.. Bloque Arduino Analog Input. 31. 13.. Bloque Data Type Conversion. 32. 14.. Error Rate Calculation. 33. 15.. Comparación entre Pares del Error Rate Calculation. 33. 16.. Conexión Interna del Circuito Integrado LM 318. 35. 17.. Circuito Integrado LM 318. 36. 18.. Conexión Interna del Circuito Integrado LM 741. 37. 19.. Circuito Integrado LM 741. 38. 20.. Sistema Demodulador AM no Coherente. 49. 21.. Señales Resultantes en Cada Etapa del Circuito. 51. 22.. Esquema de una Señal con Ruido Gaussiano. 52. 23.. Diagrama de Fasores. 54. 24.. Función 𝑓∝ (𝑥). 57. 25.. Señal Moduladora AM con Ruido Ejecutada en el ARB. 62.

(14) xiv. N°. Descripción. 26.. Sistema Demodulador No Coherente FM. 65. 27.. Señal Resultante del Derivador. 67. 28.. Señales Resultantes en cada Etapa del Sistema Demodulador FM no Coherente. Pág.. *68. 29.. Diagrama de la Señal FM con Ruido Gaussiano. 68. 30.. Diagrama de fasores para 𝑛(𝑡). 69. 31.. Diagrama de fasores para Ψ(𝑡). 71. 32.. Señal Moduladora FM con Ruido Ejecutada en el ARB. 74. 33.. Diseño del Circuito Detector FM no Coherente a Implementar en el NI Multisim. 34.. Esquema del Sistema Cuantificador del Ruido Basado en Modelos de Simulink. 35.. *89. Prácticas como complemento de la Fundamentación Teórica. 37.. *85. Estudiantes del 8vo Semestre CI 2018 Durante la Ejecución de las Prácticas de Laboratorio. 36.. *74. *94. Conocimientos Previos sobre las herramientas de Laboratorio. *95. 38.. Enseñanza Teórica-Práctica para Optimizar el Tiempo. 96. 39.. Fundamentación Teórica antes de las Prácticas. 97. 40.. Plataforma de Prototipos del NI ELVIS II+ como ayuda en las Prácticas. *98. 41.. Capacitación sobre el Uso del NI ELVIS II+. 42.. Conocimientos sobre la Herramienta Matlab&Simulink. 100. 43.. Conocimientos sobre el uso de una Tarjeta DAQ. 101. 44.. Las Herramientas existentes permiten reducir el. 102. Tiempo de implementación de las Prácticas 45.. 99. *102. Uso de las Herramientas de Simulación como Motivación Académica. *103.

(15) xv. N°. Descripción. 46.. Grado de Capacitación para una práctica de. Pág.. Modulación y Demodulación de un Sistema Analógico Según los Estudiantes 47.. Grado de Capacitación para el uso de una Tarjeta DAQ Según los estudiantes. 48.. 53.. Complejidad de la Práctica de Laboratorio. 54.. Dificultades en el Manejo de las Herramientas para la Práctica de Laboratorio. *115. *116. *117. Aprovechamiento del Tiempo Destinado para la Ejecución de la Práctica. 60.. *114. Aprovechamiento del Tiempo Mediante el uso de una Metodología Práctica. 59.. *113. Similitud de los Resultados Prácticos con los Resultados Teóricos. 58.. 112. Dificultades de interacción entre la tarjeta DAQ y el Software Matlab&Simulink. 57.. *111. Dificultades de interacción entre la tarjeta DAQ y el NI ELVIS II+. 56.. *110. Herramientas Necesarias para la Práctica de Cuantificación del Ruido en Sistemas Analógicos. 55.. *109. Fácil Utilización Técnica de las Herramientas de Laboratorio. 52.. *107. Prácticas de Laboratorio como Mejora en la Compresión de la Clase Teórica. 51.. *106. Tiempo Necesario para la implementación de un Proyecto Según los estudiantes. 50.. *105. Grado de Capacitación sobre una implementación de Cuantificación del Ruido según los estudiantes. 49.. *104. *118. Incorporación de Nuevas Áreas Especializadas para el Desarrollo Académico. *119.

(16) xvi. N°. Descripción. 61.. Adecuación e Incorporación de Nuevos Laboratorios. Pág.. Como Mejora en las Técnicas de Enseñanzas y Aprendizaje 62.. *120. Uso de Diferentes Plataformas para el Desarrollo de Nuevas Técnicas de Investigación. *121. 63.. Opiniones Acerca de la Metodología Teórica-Práctica. 123. 64.. Opiniones Sobre la Experiencia en el Laboratorio. 124. 65.. Opiniones acerca del tiempo tomado y mejora en la Compresión de la clase mediante la ejecución de la Guía de laboratorio. *125.

(17) xvii. INDICE DE ANEXOS. N°. Descripción. 1.. Guía de laboratorio de simulación de sistemas de. 132. 2.. Formato Pre-encuesta. 167. 3.. Formato Post-encuesta. 169. 4.. Fotos durante la implementación teórica-práctica en el laboratorio de Networking. Pág.. 171.

(18) xvii. AUTOR: TÍTULO:. PELCHOR ESPINOZA VICTOR ALFREDO. “ANÁLISIS CUANTITATIVO DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN ANALÓGICOS AM Y FM” DIRECTOR: ING. TELEC. ORTÍZ MOSQUERA NEISER, MG.. RESUMEN. Los laboratorios de ingeniería son sin duda alguna una herramienta muy importante y fundamental en el proceso de enseñanza y aprendizaje para los estudiantes dentro de las instituciones de educación superior ya que fomentan al desarrollo académico y profesional con el fin de aportar y satisfacer las necesidades del país en términos de investigación y a su vez mejorar el estatus académico de las universidades. El presente trabajo de titulación se enfoca en demostrar que mediante la aplicación de una metodología teórica-práctica los estudiantes logran afianzar sus conocimientos a través de la implementación de herramientas pedagógicas como lo son las guías de laboratorio; las cuales fueron ejecutadas por los alumnos del 8vo Semestre 2018-2019 CI de la asignatura de Simulación de Sistemas de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática; en donde se realizó un análisis cuantitativo del ruido gaussiano existentes en los sistemas de modulación analógicos AM y FM usando herramientas tecnológicas como la estación de trabajo de ingeniería NI ELVIS II+, una tarjeta de adquisición de datos más la combinación del software científico Matlab&Simulink como entorno de simulación del sistema cuantificador del ruido. Mediante la ejecución de encuestas y según los datos obtenidos por estás; se logró comprobar que la implementación de esta metodología ayudó a mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje hacia los estudiantes otorgándoles nuevas habilidades y destrezas además de una mejor compresión de la clase.. PALABRAS CLAVES:. Modulación, Herramientas, Sistema, Práctica.. Software,. Pelchor Espinoza Víctor Alfredo.. Ing. Telec. Ortíz Mosquera Neiser, MG.. C.C. 0929224863.. Director del Trabajo.

(19) xviii. AUTHOR: TOPIC:. PELCHOR ESPINOZA VICTOR ALFREDO “QUANTITATIVE NOISE ANALYSIS IN AM AND FM ANALOGIC MODULATION SYSTEMS” DIRECTOR: TE ORTÍZ MOSQUERA NEISER, MG. ABSTRACT. Engineering laboratories are a very important and fundamental tool in the teaching and learning process for students within higher education institutions since they encourage academic and professional development in order to contribute and meet the needs of the country in terms of research and to improve the academic status of universities. The present degree work focuses on demonstrating that through the application of a theoreticalpractical methodology, students manage to consolidate their knowledge through the implementation of pedagogical tools such as laboratory guides; which were executed by the students of the 8th Semester 2018-2019 in Systems Simulation Subject in Teleinformatics Engineering; where a quantitative analysis of Gaussian noise took place in analogic AM and FM modulation systems using technological tools such as the NI ELVIS II + engineering workstation, a data acquisition card plus a combination of Matlab&Simulink scientific software as an environment for simulation of the noise quantification system. Through the execution of polls and according to the data obtained; it was possible to verify that the implementation of this methodology helped to improve the teaching and learning process towards the students, granting them new abilities and skills as well as a better understanding of the class.. KEYSWORDS:. Modulation, Tools, Software, System, Practice.. Pelchor Espinoza Víctor Alfredo.. I.D 0929224863.. TE Ortíz Mosquera Neiser, MG. Director of Work.

(20) INTRODUCCIÓN. El exponencial crecimiento de la tecnología y de las nuevas tendencias en las metodologías de enseñanza hace que las instituciones de educación superior estén preparadas para cubrir estos requerimientos en donde la aplicación de metodologías prácticas y experimentales aporta a la formación de los estudiantes. En donde los laboratorios de ingeniería son de suma importancia para su desarrollo académico ya que dentro de ellos se poseen herramientas tecnológicas que ponen a prueba los conocimientos teóricos aprendidos en clases motivándolos a contrastar aquellos conocimientos a través de la experimentación. Este trabajo de titulación tiene como objetivo mejorar el desarrollo académico y el método de enseñanza dentro de las clases mediante la implementación de prácticas experimentales, aportándole al estudiante nuevas destrezas y habilidades además de capacidades para la resolución de problemas. Actualmente la Universidad de Guayaquil busca la excelencia académica y para ello debe mejorar su infraestructura creando nuevas áreas especializadas para desarrollo académico fomentando a la investigación e innovación en el ámbito tecnológico y humanístico. La carrera de Ingeniería en Teleinformática tiene como misión formar profesionales altamente competentes por lo que posee un área destinada para el estudio de las comunicaciones con equipos tecnológicos como el NI ELVIS II+ en donde los estudiantes realizan prácticas de laboratorios permitiendo optimizar recursos y mejorar la metodología de enseñanza y aprendizaje..

(21) CAPÍTULO I EL PROBLEMA. 1.1. Planteamiento del Problema El ruido es una propiedad que se presenta en cualquier sistema de. modulación ya sea analógico o digital el cual describe señales no deseadas dentro de un sistema de modulación y sobre las cuales no se tiene ningún tipo de control. El conocimiento y entendimiento de estos sistemas y algunos aspectos tales como el ruido; es fundamental en la formación de profesionales en el área de las telecomunicaciones por lo que su estudio debe contrastar los conocimientos de los conceptos teóricos mediantes la implementación práctica. La implementación de estos sistemas a través de circuitos electrónicos resulta muy complejo y dificultoso para los estudiantes enfocándose netamente en la fabricación de estos mismos y no sobre el análisis de estos sistemas reduciendo así las posibilidades de entendimiento de estos mismos. La mediana o alta complejidad de un sistema de modulación, tanto en la parte de transmisora (modulador). como en la parte receptora. (demodulación) limita considerablemente la realización de prácticas de laboratorio. Sin embargo el alto costo y tiempo de fabricación de circuitos moduladores y demoduladores hace muy interesante la búsqueda de opciones de menor costo y que proporcionen una alta veracidad. Las prácticas de laboratorio de ingeniería hacen posible el desenvolvimiento y búsqueda de nuevos conocimientos del estudiante con.

(22) El Problema 3. la realización de pruebas experimentales frente a problemas teóricos, facilitando el proceso de enseñanza y. contribuyendo en el desarrollo. personal y profesional para un efectivo desempeño tanto individual como colectivo en un entorno practico aportando destrezas y habilidades en donde la práctica refleja la compresión y solución de problemas expuestos con la adquisición de resultados reales, creando nuevas ideas para la innovación y desarrollo en el campo tecnológico. Con la finalidad de mejorar y disminuir procesos como los mencionados anteriormente; las prácticas de laboratorio se implementarían mediante el uso de herramientas tecnológicas a través de una tarjeta de adquisición de datos y/o mediante el control de software. En tal sentido esto permitirá al estudiante obtener de forma inmediata los resultados con precisión permitiéndole analizar el resultado de la simulación comprobando que esta misma se asemeje al comportamiento real del sistema.. 1.1.1. Formulación del Problema Según lo mencionado en el planteamiento del problema, se reconoce. la importancia de las prácticas de laboratorio sobre los sistemas de comunicaciones haciendo énfasis en su respectivo análisis además de considerar el tiempo que se dispone para realizarlas dentro del laboratorio. ¿Permitirá el uso del NI ELVIS II Plus disminuir el tiempo en el desarrollo académico e implementación de las prácticas y la comprobación de resultados obtenidos en los cálculos teóricos? ¿Se logrará el empoderamiento de conocimientos en los estudiantes a través del uso de herramientas tecnológicas de hardware y software que aporten y mejoren sus aptitudes académicas y profesionales? ¿Podrá el estudiante adaptarse a estas herramientas tecnológicas llegando a comprender fácilmente su uso en de las prácticas de laboratorio?.

(23) El Problema 4. 1.1.2 1.. Sistematización del Problema ¿Qué importancia tendrá la elaboración de prácticas y proyectos en el NI ELVIS II+ sobre los estudiantes?. 2.. ¿El uso de una metodología teórica-practica tendrá mayor efectividad?. 3.. ¿Existirá dificultad en la operacionalización del equipo NI ELVIS II+ y del software Matlab&Simulink?. 4.. ¿Se logrará contrastar los resultados de la implementación práctica con la información teórica?. 5.. ¿Quiénes determinarán la efectividad de las prácticas de laboratorio con relación a la información teórica?. 6.. ¿Habrá una mejor compresión de los conocimientos teóricos con los conocimientos prácticos mediante la ayuda de las guías de laboratorio?. 1.2. Objetivos Generales y Específicos. 1.2.1. Objetivos Generales Realizar un análisis cuantitativo del ruido en los sistemas de. modulación analógico AM y FM. 1.2.2. Objetivos Específicos. 1. Analizar los diferentes tipos de modulaciones analógicas que serán implementados en el NI ELVIS II+. 2.. Diseñar. el. sistema. cuantificador. del. ruido. en. el. software. Matlab&Simulink en los sistemas de modulación analógicos AM y FM. 3.. Implementar el sistema cuantificador del ruido para los sistemas de.

(24) El Problema 5. modulación analógicos AM y FM. 4.. Crear una guía de laboratorio para la realización de la práctica “Cuantificación del Ruido en Sistemas Analógicos”.. 5.. Encuestar a los estudiantes del uso de la guía e implementación de la práctica antes y después de esta misma.. 6.. Evaluar los resultados obtenidos por las encuestas.. 1.3. Justificación e Importancia La importancia del ruido en los diferentes tipos de sistemas de. modulaciones analógicos hace necesario el estudio del comportamiento e influencia que puede llegar a tener en estos sistemas y que a su vez el estudiante pueda discernir de forma clara sus características para lograr mitigar las afectaciones a los diferentes sistemas de modulaciones. El aprovechamiento de las nuevas tecnologías resulta muy favorable en el desarrollo de las prácticas ya que se obtiene mejores resultados en la implementación del mecanismo pedagógico hacia al estudiante dentro de los laboratorios de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática. Para cubrir estos requerimientos se ha seleccionado Matlab&Simulink como herramienta de simulación y también NI Elvis II Plus como herramienta de laboratorio de ingeniería. La primera ofrece a los estudiantes. herramientas. adicionales. que. permiten. extender. sus. prestaciones, además de contar con ampliaciones de capacidades como la implementación de circuitos electrónicos, generador de funciones y el generador de onda arbitraria; mientras que la segunda posee una alta fiabilidad en los resultados procedentes de la experimentación con circuitos electrónicos. Las herramientas anteriormente mencionadas combinan la utilización de hardware y software optimizando tiempo y familiarizando al estudiante.

(25) El Problema 6. con equipos que ayudaran a su desarrollo académico y profesional en el momento de analizar el comportamiento de los sistemas de modulaciones y a partir de allí solucionar problemas que se puedan encontrar en esto mismos. El impacto de este proyecto implica el desarrollo de la presentación del proyecto de Investigación, Desarrollo e Innovación del Fondo Competitivo de Investigación - FCI - 2018, el cual tiene como tema central el. Desarrollo. de. un. espacio. tecnológico. en. el. área. de. telecomunicaciones mediante sistemas de procesamientos de datos que permitan la generación de sistemas de comunicaciones.. 1.4. Delimitaciones Este proyecto de tesis se desarrollará en el laboratorio de Networking. de la Facultad de Ingeniería Industrial, Carrera de Ingeniería en Teleinformática. Se elaborará una guía de laboratorio referente al análisis cuantitativo en los sistemas de modulación AM y FM en donde se usará una tarjeta de adquisición de datos para la obtención de las señales generadas por los demoduladores de los sistemas propuestos. Además de la estación de laboratorio de ingeniería NI Elvis II+ como estación de trabajo acompañado del Software científico Matlab&Simulink para la diseño e implementación del sistema cuantificador del ruido en dónde se mostrara de forma cuantitativa y gráfica la tasa de error entre las señales demoduladas con la presencia de ruido de dichos sistemas y una señal sin ruido. Se considerarán algunos aspectos para la implementación de las prácticas de laboratorio tales como el tiempo de ejecución y el entendimiento de la información teórica de la asignatura “Simulación de Sistemas” con el fin de brindar un fácil uso de la guía de laboratorio por parte de los estudiantes en los proyectos dentro del laboratorio..

(26) El Problema 7. A través de este proyecto de implementación se realizará: 1.. Una investigación bibliográfica sobre el comportamiento e influencia del ruido en los dos tipos de modulaciones analógicas propuestos.. 2.. Se realizará la implementación de un Sistema Modulador y Demodulador a los sistemas de modulación analógico AM y FM.. 3.. Con el respectivo análisis de comportamiento del ruido en cada sistema de modulación, se conseguirán variables tanto en fase y como en amplitud de la señal resultante.. 4.. Con los resultados obtenidos en el desarrollo de la implementación se determinará la fiabilidad de la práctica de laboratorio.. 5.. Luego de la obtención de resultados se realizará una encuesta dirigida a los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Teleinformática que estén cursando la asignatura de Simulación de Sistemas para determinar si se logró cumplir con los objetivos de esta investigación.. 6.. Se anexará una guía de laboratorio basadas en el análisis cuantitativo del ruido en modulaciones AM y FM.. 1.5 1.5.1. Hipótesis Hipótesis General La implementación de la práctica de laboratorio sobre un análisis. cuantitativo del ruido en los sistemas de modulación analógicos propuestos; aportará a la formación académica al estudiante mediante la aplicación de una metodología practica y experimental con el apoyo de herramientas pedagógicas como las guías las de laboratorios. La cual permitirá mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje para los estudiantes dentro del Laboratorio de Networking de la asignatura Simulación de Sistemas de la Carrera de Ingeniería en.

(27) El Problema 8. 1.5.2 Hipótesis Particulares Mediante la aplicación de prácticas de laboratorio se busca comparar los conocimientos teóricos con los conocimientos prácticos a través de implementaciones experimentales con el fin de mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje. Las guías de laboratorio servirán como un instrumento pedagógico para facilitar el desarrollo de las prácticas experimentales dentro de las clases de la asignatura de Simulación de Sistemas. Con la ejecución de encuestas dirigidas a los estudiantes de la asignatura de Simulación de Sistemas se determinara si se logró consolidar y mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje con la aplicación de las guías de laboratorio.. 1.5.3. Variable Independiente La correcta implementación de la guía de laboratorio sobre el análisis. cuantitativo del ruido en los sistemas de modulación analógicos.. 1.5.4. Variable Dependiente La correcta implementación de los sistemas de modulaciones y. demodulaciones analógicos de forma experimental realizados por los estudiantes de la carrera Ingeniería en Teleinformática.. 1.5.5. Variables Empíricas de la Variable Independiente. 1.. La veracidad de los resultados en el NI ELVIS II Plus.. 2.. El correcto uso de las guías prácticas para el aprendizaje de los estudiantes.. 3.. La dificultad ante problemas en el manejo del NI ELVIS II Plus y el.

(28) El Problema 9. software científico Matlab&Simulink. 4.. La dificultad en la manipulación de la tarjeta de adquisición de datos y su frecuencia de muestreo.. 5.. Las aptitudes del estudiante en el proceso de enseñanza y aprendizaje.. 6.. El tiempo empleado por cada estudiante durante el uso práctico de la guía de laboratorio.. 1.5.6. Tipo de Estudio El desarrollo de este proyecto de tesis, incluirá algunos tipos de. investigación, técnicas y procedimientos que serán utilizados para llevarse a cabo su implementación. Mediante un estudio bibliográfico se podrá obtener un conjunto de técnicas y estrategias que se emplearan para localizar, identificar y acceder a la información correcta y necesaria para el desarrollo de la investigación y que a su vez permita adquirir nuevos conocimientos. Con las prácticas de laboratorio se realizarán estudios experimentales los cuales permitirán comprobar los resultados de la implementación práctica con los resultados de los cálculos teóricos además de otorgarle al estudiante un mejor pensamiento crítico, analítico y científico. Con un estudio descriptivo se determinarán específicamente los eventos dentro del proceso de investigación e implementación para la obtención de los objetivos previamente establecidos. A través de encuetas dirigidas a los estudiantes de la asignatura Simulación de Sistemas se determinará si se logró alcanzar los objetivos planteados en este trabajo de investigación además de medir el grado de satisfacción del estudiante en la implementación y desarrollo de las guías de laboratorio..

(29) El Problema 10. 1.6. Operacionalización. TABLA Nº 1 OPERACIONALIZACIÓN Objetivos Generales: Realizar un análisis cuantitativo del ruido en los sistemas de modulación analógicos AM y FM. Objetivos Variables Dimensión Indicador Específicos 1. Analizar el Información.  Internet.  Número de . comportamiento. artículos. Libros.. del ruido en los. científicos. . sistemas analógicos AM Y. Número de citas bibliográficas.. FM. 2. Diseñar el. . Sistema. sistema. cuantificador. cuantificador del. de. ruido en el. sistema. software. modulación. MATLAB de las. AM y FM.. ruido. Software. . Grado de. Matlab. dificultad de. en . Circuito. implementación.. de. demodulador AM y FM. . tiempo tomado para la ejecución. demodulaciones. de las prácticas.. AM y FM. 3. Implementar el sistema. Cuantificación. . NI ELVIS II+. del ruido.. . Simulink. . Arduino. cuantificador del ruido en los sistemas de modulación analógicos.. Tiempo.. . Nivel de similitud en los resultados obtenidos..

(30) El Problema 11. 4. Crear una guía. Comparación. . Estudiantes. . Nivel de. de laboratorio. de los. compresión de la. para la. resultados.. práctica.. realización de la . práctica “Cuantificación. Grado de Satisfacción.. del Ruido en los sistemas de modulaciones analógicos”. . 5. Encuestar a los estudiantes del uso de la guía e. Grado de aceptación.. Aceptación.. implementación . de la práctica. Encuestas. antes y después de esta misma. . 6. Evaluar los resultados de la. Satisfacción.. encuesta. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. Grado de satisfacción..

(31) CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO.. 2.1. Antecedentes Las nuevas tendencias pedagógicas que se presentan en la. actualidad hacen que las universidades y centros de educación superior tengan la necesidad de asumir nuevas pedagogías y metodologías de aprendizaje para los estudiantes las cuales aporten a una mejor compresión mediante la implementación de herramientas tecnológicas en los laboratorios. Habitualmente la metodología teórica es la base de enseñanza en las universidades inclusive en carreras en donde se necesita aprender de forma práctica, provocando así el famoso concepto de “resultado erróneo” que se obtiene cuando se aprende de manera teórica o solo con información procedente de fuentes bibliográficas como libros. (Lugo, 2014) En. la. investigación. de. (Pérez,. 2015). titulada. “DISEÑO E. IMPLEMENTACION DE PRÁCTICAS PARA EL LABORATORIO DE COMUNICACIONES” menciona que “En la actualidad la tecnología avanza a pasos agigantados, donde se vive en un mundo de continuo cambio, por ello el ingeniero tiene que ir al ritmo de esta evolución. A esto se debe la importancia de que la formación en el tema del procesamiento de señales, sea lo más sólido posible”. En países como Estados Unidos, diversas universidades cuentan con laboratorios equipados con equipos de investigación desde los más moderados hasta los más avanzados en cuanto a tecnología, para responder a las necesidades de ese país en términos de investigación y formación de futuros científicos y académicos universitarios. Un gran.

(32) Marco Teórico 13. ejemplo, es el laboratorio NEES (Laboratorio Remoto de Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural), que es un recurso de simulación nacional e internacional para experimentación y análisis de cómputo así como de visualización de comportamientos para el medio ambiente generado bajo cargas sísmicas. (Lugo, 2014) La falta de trabajo experimental ha generado una problemática relacionada con la metodología de enseñanza y aprendizaje implementada en los centros de estudios, también en la manera en la que el docente está realizando su práctica en el laboratorio y en cómo se está encaminando el trabajo experimental. En la actualidad las universidades del Ecuador buscan la excelencia académica optando por la ejecución de nuevos métodos de aprendizaje mediante la incorporación de equipos tecnológicos que ayuden a cumplir los objetivos de estas nuevas tendencias. Estas nuevas tendencias promueven una mayor participación de los estudiantes dejando al docente como una guía de aprendizaje el cual debe asegurarse de que los estudiantes están aprendiendo de manera correcta y estructurada. Según (Castillo, 2013) “En las clases de problemas, debe existir una mayor participación de los alumnos con el consiguiente aumento de actividad, ya que la materia básica ha sido expuesta previamente en las clases de teoría”. Por lo tanto el docente debe armar una estructura y en un orden en el proceso de enseñanza para facilitar la participación de su alumnado. El presente trabajo de investigación busca resaltar la importancia de las prácticas de laboratorio para el aprendizaje de los estudiantes de carreras de ingeniería ya que cuando el estudiante realiza prácticas de laboratorio no solo contrasta los conceptos aprendidos en la teoría sino que también construye sus propios conocimientos desde la implementación.

(33) Marco Teórico 14. además de obtener un pensamiento crítico y analítico, permitiéndole plantear hipótesis y desarrollar nuevos métodos que lo encamine a la obtención de resultados con los cuales pueda confirmar una hipótesis planteada o más bien validarla de forma argumentada; formando estudiantes con un perfil profesional apropiado para el campo laboral. En trabajos de investigación como el de (Durango, 2015) “LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO COMO UNA ESTRATEGIA DIDÁCTICA ALTERNATIVA PARA DESARROLLAR LAS COMPETENCIAS BÁSICAS EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE DE LA QUÍMICA” señala la alta relevancia de la elaboración de guías para prácticas de laboratorio ya que ayudan a optimizar tiempo, mejoran la implementación practica consolidando los conocimientos de los estudiantes. En el evento World Engineering Education Forum (WEEF) 2013, se expusieron algunos temas de innovación en la formación educativa de ingenieros, en donde los autores: (BARRIOS & MARÍN, 2013) con el tema “Motivación en la enseñanza a través de laboratorios virtuales”; y, (BARRAGÁN, ALBERTO; ALVARADO, JUAN; HAZBÓN, OMAR; NIÑO, JULIANA; URREA, GERMAN; GARCÍA, JORGE, 2013); con el tema “Del aula a la realidad. La importancia de los laboratorios en la formación del ingeniero”,. exponen. nuevas. soluciones. innovadoras. directamente. relacionadas con las prácticas en laboratorios especializados en el campo de las ciencias e ingeniería. Por otra parte (Castillo, 2013) En su investigación “DESARROLLO DE PRÁCTICAS PARA UN LABORATORIO DE COMUNICACIONES” resalta la importancia del uso de las prácticas de laboratorios, mediante la implementación de guías de laboratorio basadas en modulaciones analógicas AM y FM con su respectivo análisis con los equipos del laboratorio de comunicaciones relacionándose directamente con uno de los objetivos planteados en el presente trabajo de investigación..

(34) Marco Teórico 15. 2.2. Marco Conceptual A continuación se describe a profundidad las características de los. equipos y elementos que han sido usados dentro de este proyecto de investigación.. 2.2.1. NI ELVIS II + (NATIONAL INSTRUMENTS, 2018) Indica que “NI ELVIS II -. Estación de Laboratorio de Ingeniería - es una plataforma modular de laboratorio educativo de ingeniería desarrollada específicamente para la academia. Con este enfoque práctico, los educadores pueden ayudar a los estudiantes a aprender habilidades prácticas y experimentales”. Esta estación de ingeniería es ideal para la enseñanza de circuitos combinando idóneamente software y hardware en una sola plataforma de trabajo para que los estudiantes aprendan a través de la aplicación de prácticas de laboratorio, generación de prototipos y pruebas de circuitos. El NI ELVIS II conecta la teoría impartida en clases con los resultados reales a partir de la simulación brindando la posibilidad de un análisis físico a través de la experimentación. Está basado en el software de diseño gráfico de LabViEW adicionalmente integra una salida USB plug and play otorgando una ventaja en la instrumentación virtual que permite una fácil adquisición y una visualización de medidas de forma veraz. La plataforma NI ELVIS es habitualmente usada en las instituciones de Educación para enseñar teorías y conceptos en el diseño y elaboración de circuitos, instrumentación, telecomunicaciones y sistemas embebidos. En la figura N° 1 muestra la estación de laboratorio de ingeniería NI ELVIS II..

(35) Marco Teórico 16. FIGURA Nº 1 ESTACIÓN DE LABORATORIO DE INGENIERÍA NI ELVIS II.. Fuente: Investigación directa. Elaborado por: Fuente de la investigación.. La estación de laboratorio de ingeniería NI ELVIS II+ tiene unas mejoras en comparación a sus versiones anteriores con el fin de mejorar la precisión en la presentación de sus resultados en las prácticas académicas. En la tabla Nº 2 se muestra las mejoras de dicha plataforma. TABLA Nº 2 FAMILIA DE LA SERIE NI ELVIS. Fuente: National Instruments Elaborado por: Pazos Carlos (Technical Marketing Engineer-National Instruments México).. 2.2.1.1. Información General de la Serie NI ELVIS II +. El ELVIS II+ utiliza un conjunto de herramientas basadas en el software LabView. El hardware de la serie, contiene una estación de trabajo y una tarjeta protoboard con un diseño personalizado que permiten obtener la funcionalidad de un conjunto de instrumentos de laboratorio..

(36) Marco Teórico 17. FIGURA Nº 2 ESQUEMA DE CONEXION AL NI ELVIS II+. Fuente: NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (User Manual Serie NI ELVIS II+) www.ni.com/pdf/manuals/374629c. Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. En la figura N° 2 se muestra el esquema de conexión básica del dispositivo NI ELVIS II+. 1). PC u Ordenador portátil. 2). Cable USB. 3). Estación de trabajo NI ELVIS II+.. 4). Tarjeta de prototipo de la serie II+.. 5). Cable AC/DC.. 6). Salida de Potencia.. 2.2.1.2. Componentes del Hardware del NI ELVIS II +. Según. el. manual. de. usuario. elaborado. por. (NATIONAL. INSTRUMENTS, 2011) La estación de trabajo NI ELVIS II+ proporciona mandos fáciles de operar además cuenta con una plataforma tipo protoboard con un switch para el encendido y apagado, controladores de.

(37) Marco Teórico 18. una fuente de voltaje variable de 0 a +12V, conectores estilo banana al generador de funciones en donde se puede ajustar los valores de la frecuencia, amplitud, DC offset de la onda generada. Adicionalmente ofrece un alcance a los instrumentos DMM para medición de voltajes positivos, diodos, resistencias, capacitores e inductores. Esta estación de trabajo posee una conectividad eficiente con un ordenador y una funcionalidad en la forma de BNC de canal 0 y 1 para entrada del osciloscopio con un máximo de 10V para mediciones analógicas y digitales. Debido a que el NI ELVIS II+ integra todas estas herramientas antes mencionados en una sola plataforma de trabajo lo convierten en una alternativa eficaz y cómoda para la realización de prácticas de laboratorio de ingeniería. FIGURA Nº 3 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE DE LA ESTACION DE TRABAJO NI ELVIS II+.. Fuente: NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (User Manual Serie NI ELVIS II+) www.ni.com/pdf/manuals/374629c.pdf Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. En la figura Nº 3 se muestra los componentes que conforman la estación de trabajo NI ELVIS II+..

(38) Marco Teórico 19. 1). Placa de prototipos (Protoboard) de la Serie NI Elvis II+.. 2). Fusible del DMM.. 3). Conectores DMM.. 4). Conectores del osciloscopio.. 5). Salida del generador de funciones / Entrada del disparador Digital.. 6). Tornillos de montaje de la tarjeta protoboard.. 7). Conectores de la tarjeta protoboard.. 8). Interruptor de encendido de la placa de prototipos (Protoboard).. 9). Indicadores Leds de estado. 10). Controles de manuales para la fuente de alimentación variable.. 11). Controles manuales del generador de funciones.. 2.2.1.3. NI ELVISmx Software. Según (RENÉ, 2013) en su manual de usuario define NI ELVISmx como un software basado en LabView desarrollado por National Instruments que posee una plataforma de diseño y un entorno de desarrollo a través de un lenguaje de programación visual. El NI ELVISmx incluye FPS (Soft Front Panel) e instrumentación virtual (VI´s) y bloques SignalExpress programados para la serie, el cual provee el código fuente de la instrumentación que contiene el software. Debido a que este software provee el código fuente de los instrumentos no es posible modificar sus archivos ejecutables pero si se puede modificar y mejorar las funcionalidades de los distintos instrumentos a través de la modificación del código de LabView..

(39) Marco Teórico 20. 2.2.1.4. NI ELVISmx Instrument Launcher. Según (NATIONAL INSTRUMENTS, 2018) el software NI ELVISmx Launcher proporciona acceso a los instrumentos de software NI ELVISmx, aplicaciones personalizadas y las 12 herramientas que contiene la plataforma de trabajo NI ELVIS II+ con las que se ejecutan las operaciones de los instrumentos. FIGURA Nº 4 NI ELVISMX INSTRUMENT LAUNCHER. Fuente: Investigación directa. Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. La figura N° 4 muestra los instrumentos de medición que posee ELVISmx Launcher: 1). DMM (multímetro digital). 2). FGEN (generador de funciones). 3). SCOPE (osciloscopio). 4). VPS (fuente de alimentación variable). 5). BODE (analizador BODE). 6). DSA (analizador de señal dinámica).

(40) Marco Teórico 21. 7). ARB (generador de forma de onda arbitraria). 8). DigIn (lector digital). 9). DigOut (escritor digital). 10) Imped (analizador de impedancia) 11) 2_Wire (analizador de voltaje de dos cables) 12) Wire (analizador de voltaje de tres hilos). 2.2.1.5. Generador de Funciones (FGEN). Según. el. manual. de. usuario. elaborado. por. (NATIONAL. INSTRUMENTS, 2011) El Generador de Funciones nos permite generar varias formas de ondas estándares como una onda senoidal, cuadrada o triangular además de seleccionar la amplitud y frecuencia de las mismas adicionalmente cuenta con un ajuste de salida de offset en DC. Los terminales AM y FM proporcionan entradas analógicas para la modulación de amplitud y la modulación de frecuencia del FGEN. En la figura N° 5 se muestra la ventana del Generador de funciones. FIGURA Nº 5 VENTANA DEL GENERADOR DE FUNCIONES. Fuente: Investigación directa. Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor..

(41) Marco Teórico 22. 2.2.1.6. Generador de Onda Arbitraria (ARB). Según (RENÉ, 2013) en su manual de usuario. El Generador de Onda Arbitraria ARB permite crear e implementar una gran variedad de tipos de señales que generarán señales de voltaje para ser utilizadas en las salidas analógicas (AO).. Las señales se pueden crear usando el software. Waveform Edition (editor de formas de ondas) para luego ser almacenadas y usadas en diversas aplicaciones con el ARB. La figura N° 6 muestra la ventana del generador onda arbitraria. FIGURA Nº 6 VIENTANA DEL GENERADOR DE ONDA ARBITRARIA. Fuente: Investigación Directa Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. 2.2.2. Tarjeta de Adquisición de Datos Según ( JM Industrial, 2018) las tarjetas de adquisición de datos se. pueden utilizar en todo tipo de industrias y centros de investigaciones científicas, ya que permiten realizar una serie de mediciones y controlar las condiciones de trabajo dentro de un sistema. Estas tarjetas permiten obtener una muestra de una variable física (voltaje, temperatura, nivel de sonido), es decir, tomar una señal de un sensor o de un sistema analógico y después adecuarla para convertirla en un dato que pueda ser reconocido y registrado por un sistema digital, con.

(42) Marco Teórico 23. el fin de que pueda ser interpretada por un ordenador y efectuar una tarea en específico mediante un software específico. La etapa de adquisición de los datos se puede dividir en dos etapas, una es el acondicionamiento de las señales y la otra es la adquisición de datos en sí.. 2.2.2.1. Arduino UNO. (ARDUINO, 2018) Define al Arduino UNO como “Una placa de microcontrolador basada en ATmega328P que contiene 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 se pueden usar como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un cristal de cuarzo de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un encabezado ICSP y un botón de reinicio”. En La figura N° 7 se muestra la tarjeta arduino UNO. FIGURA Nº 7 TARJETA ARDUINO UNO. Fuente: https://store.arduino.cc/arduino-mega-2560-rev3 Elaborado por: Investigación Directa.. La diferencia del Arduino UNO con las otras versiones es que no utiliza el chip de controlador de USB a serie FTDI; en su lugar, cuenta con el controlador Atmega16U2 (Atmega8U2 hasta la versión R2) programado como un convertidor USB a serie. (KÖLLMER, 2013) La tabla Nº 3 muestra las especificaciones técnicas de la tarjeta Arduino UNO..

(43) Marco Teórico 24. TABLA N° 3 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA TARJETA ARDUINO UNO. Fuente: https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3 Elaborado por: Investigación Directa.. A simple vista se puede observar que la tarjeta Arduino Uno es muy similar, sus características, pines de alimentación son idénticos pero su memoria es menor al modelo Mega, en esta placa el gestor de arranque ocupa 0.5 KB mientras que la Arduino Mega ocupa 4KB. Con respecto a las entadas y salidas también cuentan con las mismas limitantes de corriente que el modelo Mega. Esta versión incorpora 14 E/S digitales de las cuales se pueden usar como puerto de comunicación los pines 0 para Rx y el 1 para Tx y para interrupciones externas el 2 (INT0) y el 3 (INT01). (KÖLLMER, 2013). 2.2.2.2. Arduino Mega 2560. (ARDUINO, 2018) Indica que “El Arduino Mega 2560 es un tablero de microcontroladores basado en el ATmega 2560; tiene 54 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 15 se pueden usar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UART (puertos serie de hardware), un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un.

(44) Marco Teórico 25. encabezado ICSP, y un botón de reinicio.” En La figura N° 8 se muestra la tarjeta arduino mega 2560. FIGURA Nº 8 TARJETA ARDUINO MEGA 2560. Fuente: https://store.arduino.cc/arduino-mega-2560-rev3 Elaborado por: Investigación Directa.. La tabla Nº 4 muestra las especificaciones técnicas de la tarjeta Arduino Mega 2560. TABLA N° 4 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA TARJETA ARDUINO MEGA.. Fuente: https://store.arduino.cc/arduino-mega-2560-rev3 Elaborado por: Investigación Directa..

(45) Marco Teórico 26. 2.2.3. Simulink (MATHWORKS, 2018) Señala que “Simulink es un entorno de. diagrama de bloques para la simulación multidominio y el diseño basado en modelos. Es compatible con el diseño a nivel de sistema, la simulación, la generación automática de código, prueba y verificación continua de sistemas integrados. Simulink suministra un editor gráfico, bibliotecas de bloques personalizables y solucionadores para modelar y simular sistemas dinámicos”. Simulink está integrado con Matlab, por lo que le permite incorporar algoritmos en modelos y exportar resultados de simulación a Matlab para su posterior análisis. Adicionalmente Simulink proporciona un diseño basado en modelos que permite pasar del concepto al código mediante una programación por bloques. Cuando se utiliza conjuntamente Matlab con Simulink se está combinado una programación textual con una programación grafica para diseñar un sistema en un entorno de simulación. En la figura N° 9 se muestra un ejemplo de un sistema basado en modelos de Simulink. FIGURA Nº 9 SISTEMA BASADO EN MODELOS DE SIMULINK.. Fuente: Investigación directa. Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor..

(46) Marco Teórico 27. Según (MathWorks, 2018) Simulink aborda algunos desafíos en relación con la programación habitual en Arduino. Este tipo de hardware permite dos flujos principales de trabajo: . Lectura, interpretación, escritura y análisis de datos.. . Desarrollo de algoritmos que se ejecuten de forma autónoma en hardware Arduino. El paquete de soporte de Matlab&Simulink permite escribir programas. que leen y escriben datos en los dispositivos Arduino debido a que es un lenguaje interpretado de alto nivel que permiten ver los resultados de las instrucciones de entrada y salida de manera inmediata. La figura N° 10 muestra el esquema de interacción del hardware Arduino con Matlab&Simulink. FIGURA N° 10 INTERACCIÒN DEL HARDWARE ARDUINO Y MATLAB&SIMULINK.. Fuente: https://es.mathworks.com/discovery/programacion-arduino.html Elaborado por: Investigación Directa.. 2.2.3.1. Soporte de Arduino para Matlab. Según (MatWorks, 2018) con el paquete de soporte de Matlab para el hardware Arduino, se puede comunicar de forma interactiva con el hardware Arduino a través de un cable USB. Este paquete incluye las siguientes características:.

(47) Marco Teórico 28. 1.. Adquirir datos de sensores analógicos y digitales desde su placa Arduino.. 2.. Controlar otros dispositivos con salidas digitales y de modulación PWM.. 3.. Manejar los motores de DC, servos y pasos.. 4.. Acceder a dispositivos periféricos y sensores conectados a través de I2C o SPI.. 5.. Comunicación con un dispositivo Arduino a través de un cable USB o de forma inalámbrica a través de Wi-Fi.. 6.. Crear complementos personalizados que actúen como interfaz con librerías de software y hardware adicionales.. 2.2.3.2. Soporte de Arduino para Simulink. Según (MATHWORKS, 2018) con el paquete de soporte de Simulink para el hardware Arduino se puede utilizar Simulink para desarrollar y simular algoritmos que se ejecuten de forma autónoma en un dispositivo Arduino. El paquete de soporte de Simulink para Arduino incluye las siguientes características: 1.. Detección de complementos de Hardware para placas Arduino en Matlab. 2.. Bloques UDP y TCP / IP para permitir que sus blindajes Arduino WiFi y Ethernet se comuniquen con Raspberry Pi y dispositivos móviles (Android y iOS).. 3.. Bloques de Simulink para configurar y acceder a los sensores y actuadores de Arduino.

(48) Marco Teórico 29. 4.. Bloques de escritura y lectura para una comunicación directa con un canal de Things Peak desde los algoritmos que se ejecutan en la placa Arduino.. 5.. Acceso a Arduino Wi-Fi Shield y Arduino Ethernet Shield. 6.. Modo externo para ajuste interactivo de parámetros y monitorización de señales mientras el algoritmo se ejecuta en el dispositivo.. 7.. Despliegue de modelos para su funcionamiento autónomo en el dispositivo Arduino. Para interactuar con un Hardware Arduino en Matlab y programar. algoritmos en él, desde Simulink se debe descargar los respectivos paquetes de soporte de Matlab y Simulink para Arduino desde el escritorio de Matlab. Dependiendo del modelo y características del Hardware Arduino se requiere algunas especificaciones. En la tabla N° 5 se muestran dichas especificaciones según el modelo del Hardware Arduino..

(49) Marco Teórico 30. TABLA N° 5 VERSIONES DEL HARDWARE ARDUINO SOPORTADO POR SIMULINK.. Fuente: https://es.mathworks.com/hardware-support/arduino-simulink.html Elaborado por: Investigación Directa.. Este paquete de soporte permite acceder a muchas librerías que brindan la posibilidad de gobernar un hardware Arduino desde Simulink. En la figura N° 11 se muestra las diferentes librerías de Arduino en Simulink. FIGURA N° 11 LIBRERIAS DE ARDUINO EN SIMULINK. Fuente: Investigación directa. Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor..

(50) Marco Teórico 31. 2.2.4. Analogic Input Este bloque ubicado en la librería de Arduino en Simulink permite la. lectura de entradas analógicas por un pin especificado. El voltaje de una entrada analógica se mide en relación al voltaje de referencia de la placa Arduino; este bloque representa la tensión con un valor digital que comprende un rango de 0-1023, siendo 0 un mínimo (GND) y 1023 un máximo, sí la tensión medida es igual a la de referencia. La figura N° 12 muestra el bloque Analog Input Arduino. FIGURA Nº 12 BLOQUE ARDUINO ANALOG INPUT. Fuente: Investigación Directa Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. 2.2.5. Data Type Conversion Este bloque ubicado en la librería de Arduino en Simulink convierte. la entrada al tipo de datos en la escala de la salida. La conversión. de datos mediante este bloque tiene 2 objetivos. fundamentales. El primero es obtener los valores del mundo real de la entrada para que su salida sea idéntica. El segundo objetivo es hacer que los valores enteros almacenados en la entrada sean iguales a la de su salida. Esto ayuda a reducir los desbordamientos y los errores de cuantificación que habitualmente se presentan en diversas mediciones que puedan evitar un resultado correcto. La figura N° 13 muestra el bloque Data Type Conversion..

(51) Marco Teórico 32. FIGURA Nº 13 BLOQUE DATA TYPE CONVERSION. Fuente: Investigación Directa Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. La función Double convierte una cadena de valores en un valor de precisión doble. En la tabla Nº 6 se muestra las funciones que dispone el bloque Data Type conversion. TABLA N° 6 FUNCIONES DEL BLOQUE DATA TYPE CONVERSION.. Fuente: https://es.mathworks.com/help/matlab/data-type-conversion.html Elaborado por: Investigación Directa..

(52) Marco Teórico 33. 2.2.6. Error Rate Calculation Este bloque ubicado en la librería de Arduino en Simulink calcula la. tasa de error de los datos recibidos comparándolos con una versión retrasada de los datos transmitidos. La salida de este bloque es un vector de tres elementos que consiste en la tasa de error, seguida de la cantidad de errores detectados y el número total de símbolos comparados. Este vector puede enviarse al espacio de trabajo o a un puerto de salida. La figura N° 14 muestra el bloque Error Rate Calculation. FIGURA Nº 14 BLOQUE ERROR RATE CALCULATION. Fuente: Investigación Directa Elaborado por: Pelchor Espinoza Víctor.. La figura Nº 15 se muestra cómo el bloque Error Rate Calculation compara un par de elementos y cuenta el número de eventos de errores encontrados. Las entradas Tx y Rx son vectores de columna. FIGURA Nº 15 COMPARACIÓN ENTRE PARES DEL ERROR RATE CALCULATION. Fuente: https://es.mathworks.com/help/comm/ref/newerrorratecalc1.png Elaborado por: Investigación Directa..

(53) Marco Teórico 34. Ambas señales de entrada son vectores de columna de longitud tres. Sin. embargo,. el. esquema. organiza. cada. vector. de. columna. horizontalmente y alinea pares de vectores para reflejar un retraso de recepción de dos muestras. En cada paso de tiempo, el bloque compara elementos de la señal Rx con los de la señal Tx que aparece directamente encima de ellos en el esquema. (MATHWORKS, 2018) Por ejemplo, en el tiempo 𝑡 = 1, el bloque compara 2, 4 y 1 de la señal Rx con 2, 3 y 1 de la señal Tx. Los valores de los dos primeros elementos de Rx aparecen como asteriscos porque no influyen en la salida. Del mismo modo, los 6 y 5 en la señal Tx no influyen en la salida hasta el tiempo 𝑡 = 3, aunque influirían en la salida en el momento 𝑡 = 4. (MATHWORKS, 2018). 2.2.7. Circuito Integrado LM 318 El circuito integrado LM318 es un amplificador operacional de alta. precisión diseñado para aplicaciones que requieran un gran ancho de banda y una alta velocidad de respuesta. Este amplificador posee una compensación. interna de. simplifica considerablemente. frecuencia de. ganancia. su aplicación. unitaria. debido. a. lo. que. que no. necesita componentes externos para su operación. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los amplificadores con una misma compensación interna, se puede agregar una compensación de frecuencia externa para un rendimiento óptimo. Habitualmente estos amplificadores operacionales tienen aplicaciones inversoras, es decir son utilizados. como. amplificadores. inversores. ya. que. poseen. una. compensación de alimentación alta permitiendo así aumentar la velocidad de subida a más de 150𝑉 / 𝜇𝑠 y casi al doble del ancho de banda. (Carrod Electronica, 2014). Gracias a la sobrecompensación que tiene este amplificador se lo puede usar para obtener una mayor estabilidad cuando no se necesita un ancho de banda máximo..

(54) Marco Teórico 35. Además, sí, se añade un solo condensador a su configuración ayuda a reducir el tiempo de establecimiento de la banda de error de 0,1% a menos 1𝜇𝑠. Adicionalmente tiene un Ancho de banda de 15 MHz con una temperatura máxima de funcionamiento de 70°C y una temperatura mínima de funcionamiento de 0 ° C. El LM318 posee 8 pines en su configuración en donde su entrada negativa está situada en el Pin 2 mientras que su entrada positiva está situada en el Pin 3. También tiene una rango de suministro de voltaje de ± 5 𝑉 𝑎 ± 20 𝑉 en donde su alimentación positiva está situada en el Pin 7 y su alimentación negativa en el Pin 4, adicionalmente tiene una salida de alta ganancia ubicada en el Pin 6. En la figura Nº 16 se muestra el esquema de conexiones del circuito integrado LM318 mientras que en la figura Nº 17 se muestra la parte externa del circuito integrada con su respectiva numeración y fabricante. FIGURA Nº 16 CONEXIÓN INTERNA DEL CIRCUITO INTEGRADO LM318. Fuente: https://www.carrod.mx/products/lm318 Elaborado por: Investigación Directa..

(55) Marco Teórico 36. FIGURA Nº 17 CIRCUITO INTEGRADO LM318. Fuente: http://www.ti.com/product/LM318# Elaborado por: Investigación Directa. 2.2.8. Circuito Integrado LM 741 El circuito. de propósito. integrado. general que. LM741 es cuenta. un amplificador. con un. rendimiento. operacional mejorado del. modelo LM709. Este integrado presenta un excelente rendimiento dentro de las aplicaciones analógicas, unas de sus ventajas es que cuenta con numerosas funciones; su aplicación es a prueba de sobrecarga tanto en la entrada como en la salida, no latch-up cuando se excede el rango de voltaje común protegiéndolo contra cortocircuitos además de suprimir el voltaje offset. (Carrod Electronica, 2014) Estas características lo hace poseedor de una alta ganancia y un amplio rango de voltaje de operación, posee un alto rango de tensión en modo común teniendo una tensión mínima de 10𝑉 y una tensión máxima de 40𝑉 y no requiriere de compensación de frecuencia. El LM741 posee un Ancho de banda de 1.5 MHz con una temperatura máxima de funcionamiento de 70°C y una ttemperatura mínima de funcionamiento de 0 ° C. El LM741 es usado comúnmente en aplicaciones como:.

(56) Marco Teórico 37. . Amplificadores no inversores. . Amplificadores inversores integradores. . Diferenciadores. . Aplicaciones en procesado de señales El LM741 al igual que el LM318 también tiene un encapsulado DIP. además de poseer una configuración similar con 8 pines en donde su entrada negativa está situada en el Pin 2 mientras que su entrada positiva está situada en el Pin 3. También posee un rango de suministro de voltaje de ± 5 𝑉 𝑎 ± 20 𝑉 en donde su alimentación positiva está situada en el Pin 7 y su alimentación negativa en el Pin 4, adicionalmente tiene una salida de alta ganancia ubicada en el Pin 6. En la figura Nº 18 se muestra el esquema de conexiones del circuito integrado LM741 mientras que en la figura Nº 19 se muestra la parte externa del circuito integrado con su respectiva numeración y fabricante. FIGURA Nº 18 CONEXIÓN INTERNA DEL CIRCUITO INTEGRADO LM741. Fuente: https://www.carrod.mx/products/lm741# Elaborado por: Investigación Directa..

(57) Marco Teórico 38. FIGURA Nº 19 CIRCUITO INTEGRADO LM741. Fuente: https://www.carrod.mx/products/lm741# Elaborado por: Investigación Directa.. 2.3. Marco Legal Según (Constitución del Ecuador) del apartado Título VI “Régimen de. Desarrollo de la, Capítulo Cuarto Sección Cuarta “Presupuesto General del Estado, indica el Art. 298 “Se establecen pre asignaciones presupuestarios destinadas a los gobiernos autónomos descentralizados, al sector salud, al sector educación, a la educación superior; y a la investigación, ciencia, tecnología e innovación en los términos previstos en la Ley” Según (Constitución del Ecuador) en el Titulo VII “Régimen del Buen Vivir”, Sección Primera “Educación” del Capítulo Uno estipula lo siguiente: “Art. 350. El sistema de educación superior tiene como finalidad la formación académica y profesional con visión científica y humanista; la investigación científica y tecnológica; la innovación, promoción, desarrollo y difusión de los saberes y las culturas.” Además de estipular en el Art.352 lo siguiente: “El sistema de educación superior estará integrado por universidades y escuelas politécnicas;. institutos. técnicos,. tecnológicos. y. pedagógicos;. y. conservatorios de música y artes debidamente acreditados y evaluados”. Agregando en el Art. 356 “La educación pública será gratuita hasta el tercer nivel.” (Constitución del Ecuador)..

(58) Marco Teórico 39. Según la (LOES) Ley Orgánica de Educación Superior determina la regularización del sistema de educación con el fin de obtener una educación. de. excelencia. académica. y. profesional. sin. ninguna. discriminación, con igualdad de oportunidades. Según el Art.15 de la (LOES) establece como únicos organismos públicos para el regimiento del sistema de Educación Superior al Consejo de Educación Superior (CES) y al Consejo de Evaluación, Acreditación y Aseguramiento de la Calidad de la Educación Superior (CEAACES). Según el Art. 95 de la (LOES) Título V “Calidad de la Educación Superior”; Capítulo I “Del principio de calidad”. estipula lo siguiente:. “Acreditación.- La acreditación es la validación de vigencia quinquenal realizada por el Consejo de Evaluación, Acreditación y Aseguramiento de la Calidad de Educación Superior, para certificar la calidad de ls instituciones de educación superior, de una carrera o programa educativo, sobre la base de una evaluación previa”. Según la (LOES) en su artículo Nº 35 establece: La Asignación de recursos para investigación, ciencia y tecnología e innovación. - Las instituciones del Sistema de Educación Superior podrán acceder adicional y preferentemente a los recursos públicos concursables de la pre asignación para investigación, ciencia, tecnología e innovación establecida en la Ley correspondiente. Según la (LOES) en su artículo Nº 109 manifiesta: Art. 109.- Requisitos para la creación de una universidad o escuela politécnica. - Quien promueva la creación de una universidad, institutos de educación superior o escuela politécnica deberá presentar al Consejo de Educación Superior una propuesta técnico-académica, que contenga los siguientes requisitos: 1. Infraestructura tecnológica propia y laboratorios especializados..